花崗巖地質特性及相關工程問題研究

■吳大成宋求明

（1中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司 云南 昆明650041；2中國水利電力對外投資公司 北京100120）

花崗巖地質特性及相關工程問題研究

■吳大成1宋求明2

（1中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司 云南 昆明650041；2中國水利電力對外投資公司 北京100120）

南椰Ⅱ水電站樞紐區花崗巖具有全風化層深厚的地質特性，構造蝕變作用形成了不均勻風化的特點。在工程施工中，出現了全風化巖體高邊坡穩定、壩基不均勻風化以及隧洞開挖穩定等與花崗巖特性相關的工程地質問題。

花崗巖深厚風化地質特性邊坡穩定壩基處理洞室開挖穩定

南椰Ⅱ水電站位于老撾川壙省中南部、省會風沙灣東南約30km的南椰河流域。工程等級為二等大（2）型，水庫庫容1.58× 108m3以發電為主，總裝機容量為180MW。主要樞紐建筑物由粘土心墻主壩、泄洪沖砂兼導流洞、溢洪道、引水隧洞、廠房等組成。

1 工程區地質條件簡述

工程區屬中、低山侵蝕、剝蝕地貌區，地形起伏，溝谷深切，山體凌亂發育，未有明顯山體走向。物理地質作用以巖體風化為主，泥石流和滑坡零星發育，且規模都較小。水文地質條件簡單，地下水類型主要為地表潛水和基巖裂隙水。地下水主要受大氣降水補給，總體上自兩岸山體向河床方向運移。

2 花崗巖工程地質特性

南椰Ⅱ水電站前期勘察中，揭示了區內花崗巖風化深厚及不均勻風化的地質特點。

2.1 花崗巖的深厚風化特性

花崗巖體的深厚風化特性是電站的主要工程地質問題。樞紐區花崗巖風化劇烈，但總體遵循從地表向深處風化程度逐漸減弱的趨勢，具有全風化巖體厚度大、強風化較薄且斷續發育的特點。

根據勘探成果以及開挖揭露的情況分析：兩岸風化埋深與高程呈正比關系，高程越高，風化埋深相應增大。依據表中內容，兩岸風化深度大體相當，弱風化垂直埋深均在73.0m左右，且均隨鉆孔孔口高程的增大，風化埋深增大。樞紐區內深厚風化巖體的形成主要受巖石的結構及礦物組成和當地濕熱氣候有關。

2.2 花崗巖的構造蝕變特性

花崗巖蝕變主要表現為長石的高嶺土化、蒙脫石化以及鉀長石的粘土化等。蝕變作用主要沿構造帶、節理密集帶和巖脈分布，其形成主要受構造及風化等多項因素的影響。巖石蝕變后，巖體遇水軟化，蝕變物質易與水流失，導致巖體強度降低，巖體質量變差。在引水隧洞開挖中，沿斷層帶花崗巖普遍具有輕微~中等的巖石蝕變，部分構造帶中蝕變物質開挖暴露后，在基巖裂隙水和空氣作用下，很快會產生膨脹、崩解及泥化，影響洞室穩定。

花崗巖構造蝕變是造成不均勻風化的主要原因。在壩址區開挖過程中，多見隔層風化，主要集中在全風化下段發育。風化應力沿蝕變形成的軟弱帶，向巖體內部侵蝕，是造成隔層風化的主因。

3 花崗巖巖體特性相關的工程地質問題

花崗巖的深厚風化特性，給工程帶來了全風化巖體高邊坡、隧洞開挖和全風化巖體壩基等工程地質問題。

3.1 全風化花崗巖巖體高邊坡穩定問題

樞紐區全風化層厚度一般為30~49m，最深處達到53.7m。由全風化巖體構成的邊坡，屬散體結構，易產生圓弧滑移失穩，穩定性差。鑒于樞紐區全風化深厚的地質特性，考慮到對全風化巖體邊坡進行支護的工程量較大，樞紐區邊坡以開挖后能夠維持自穩為原則，地質建議全風化巖體邊坡開挖坡比1:1.2~1:1.4。以此原則，進水口開挖形成110~120m的全風化高邊坡，其綜合坡比為1:1.37。因邊坡采用較緩的開挖坡比，邊坡開挖后能維持整體穩定，但坡面巖體松散，受雨水沖刷等因素影響可能導致局部失穩，所以支護原則以坡面保護為主，輔以深層防護，主要工程處理措施為：①設置邊坡頂部截水溝，馬道排水溝與周圍截水溝封閉；②坡面正常蓄水位以上采用網格梁支護，節點位置設土錨釘，在正常蓄水位以下使用貼坡砼防止庫水淘刷，并預留排水孔；③在邊坡中下部間隔10m做60t錨索防護，錨索水平下俯5~15°。邊坡支護處理后，經過近兩個雨季的考驗，目前監測位移量在允許范圍內，并趨于收斂，邊坡保持穩定。

3.2 全風化花崗巖巖體壩基處理

電站粘土心墻基礎設計上要求挖到強~弱風化。根據前期勘探結論：兩岸壩肩巖體風化強烈，垂直埋深最深到54m；兩岸壩肩強風化層范圍都不大，其中右岸較厚，最大15m，左岸較薄或無分布；河床沖洪積層以下即為弱風化基巖，個別部位夾有強風化。

在右壩肩實際開挖過程中，發現在前期勘探到強風化層以下為間隔全風化層，且為全風化下段，此段主要物質為粘質礫砂。滲透系數取值在1.16×10-3~6.77×10-5cm/s，總體屬于中等~弱透水層。室內滲透變形試驗顯示全風化層滲透破壞為典型的流土型。因此，全風化下段巖體在高水頭作用下可能發生流土及接觸沖刷等滲透破壞。在進行壩基處理時，考慮到全風化段灌漿只能充填張性裂隙，而巖體空隙不能有效充填，處理后的基礎極難達到防滲標準要求，因此采用挖除強風化層及間隔全風化下段?，F場全風化層挖除后，直接揭露為弱風化基巖，且基巖巖體完整，滿足心墻基礎要求。

3.3 花崗巖隧洞開挖穩定問題

根據實際開挖情況，全風化巖體呈散體狀，為Ⅴ類圍巖洞室，開挖后應及時支護；而弱、強風化圍巖，在洞室開挖后存在不穩定或局部不穩定，為Ⅳ~Ⅲ類圍巖；微新風化巖體，洞室圍巖堅硬，巖體完整，為Ⅱ~Ⅰ類圍巖。在地下隧洞開挖過程中，構造帶巖體主要為碎裂巖、糜棱巖、片狀巖等，巖性軟弱，加之地下水作用，最易形成塌方。在現場開挖過程中，揭露到的構造帶部位多采用超前錨桿＋工字鋼支撐＋系統錨桿掛網噴錨進行支護處理，取得較好的效果。在構造帶較寬或是與洞軸向小交角時，圍巖垮塌較嚴重，垮落的構造物質在洞內堆積，在支護中暫不清理，在拱頂做鋼支撐并與錨桿固定，采用回填灌漿，待強度上升后小尺寸開挖，在確保拱頂安全前提下，對洞渣進行清理，并及時在兩側樹邊拱，與拱頂鋼支撐組成完整的拱形防護。該方法在現場施工中保證了人員安全，取得了良好效果。

本工程地下隧洞總長超過20km，施工支洞較多，宜選擇全風化水平埋深較薄的部位作為進口，可以避免土洞段過長。在現場實際施工中，施工支洞進口多選擇在處于發育期的沖溝內側或是附近，開挖后容易進入弱風化及微~新基巖中。施工中引水隧洞的1#，2#，3#施工支洞均是如此，其中1#和2#洞進洞口就在沖溝旁邊，入洞即為強~弱風化，而3#洞洞口兩側附近各有一條常年流水溝，土洞段僅37m左右就進入弱風化基巖。

4 小結

南椰Ⅱ水電站花崗巖的地質特性在前期已經基本掌握，但仍對不均勻風化現象預估不足，在右岸壩基開挖過程中，挖除隔層風化層后壩基比原設計高程平均降低約10m，相應壩肩邊坡坡比過陡，致使在雨季上、下游壩肩邊坡發生垮塌，雖然規模均不大，但仍對后續壩基施工造成不利影響，因而建議在類似存在不均勻風化地區時，應對關鍵部位的勘探進行加密，盡可能查清下伏地質情況。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-24-1

吳大成（1985～），男，碩士，研究方向為水利水電地質和工程地質。